Submitted by Caroline Xavier (caroline.xavier@pucrs.br) on 2017-03-21T17:12:05Z No. of bitstreams: 1 DIS_MATEUS_EUGENIO_COLET_COMPLETO.pdf: 12156753 bytes, checksum: c3a41a3399c1ec4cedbd4a7883159380 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-21T17:12:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DIS_MATEUS_EUGENIO_COLET_COMPLETO.pdf: 12156753 bytes, checksum: c3a41a3399c1ec4cedbd4a7883159380 (MD5) Previous issue date: 2016-08-19 / Navigation in aquatic environments is a broad topic that in recent years has received considerable attention from the community working with mobile robotics. The use of aquatic surface vehicles for inspection, mitigation and natural aquatic disasters management, boosted the search for autonomous navigation in this area. in order to perform an autonomous navigation in outdoor environments, it is necessary to identify parts of the surface that can be navigable, and this is one of the fundamental problems in this type of application. In this context, the objective of this research is to propose a method for water surfaces identification based on the blurred optical property, found in these types of environments. More specifically, computer vision was used in conjunction with neural networks to build a classifier, which has the task of distinguishing and identifying navigable aquatic surface. ln order to achieve this objective, a study on the use of several features based on color and texture of these turbid surfaces for the extraction of various attributes to generate the classifier, such as: mean, variance, entropy and energy, varying in different color channels (RGB, HSV, YUV). In order to compress all of this information it was used statistical method of principal component analysis, whose results were used as input of the artificial neural network, thus constructing the classifier. The classifier has the fundamental task of generating the navigation map that is interpreted by a state machine for decision making. All the method developed was applied and embarked in aquatic vehicle prototype at the same time the results and assessments were validated using the vehicle in real environments and different scenarios. / A navega??o em ambientes aqu?ticos ? um amplo tema de pesquisa que nos ?ltimos anos tem recebido maior aten??o da comunidade que trabalha com rob?tica m?vel. O uso de ve?culos de superf?cie aqu?tica para inspe??o, mitiga??o e gerenciamento de desastres naturais aqu?ticos, por exemplo, ajudou a impulsionar a pesquisa para navega??o aut?noma nesta ?rea. Para executar uma navega??o aut?noma em ambientes ao ar livre, ? necess?rio identificar partes da superf?cie que podem ser naveg?veis, o que ? um dos desafios deste tipo de aplica??o. Neste contexto, o objetivo deste trabalho ? apresentar um m?todo para identifica??o da superf?cie aqu?tica baseada na propriedade ?ptica turva, encontrada nestes tipos de ambientes. No desenvolvimento deste m?todo foram utilizadas t?cnicas de vis?o computacional em conjunto com redes neurais artificiais para construir um Classificador, que tem como tarefa distinguir e identificar a superf?cie aqu?tica naveg?vel. Para isto, foi realizado um estudo sobre o uso de diversas caracter?sticas baseadas na cor e textura das superf?cies aqu?ticas turvas para a extra??o de diversos atributos para treinar o Classificador, tais como: m?dia, entropia, vari?ncia e energia, variando em diferentes canais de cor (RGB, HSV, YUV). De forma a compactar todas estas informa??es foi utilizado o m?todo estat?stico de an?lise de componentes principais, e o seu resultado foi utilizado como entrada das redes neurais artificiais, construindo assim o Classificador. Este classificador tem como tarefa fundamental gerar o mapa de navegabilidade que ? interpretado por uma m?quina de estados para tomada de decis?es. Todo o m?todo desenvolvido foi embarcado em um prot?tipo de ve?culo aqu?tico ao mesmo tempo em que os resultados e avalia??es foram validados utilizando o ve?culo em ambientes reais e diferente cen?rios.

Este trabalho apresenta o projeto e arquitetura de uma plataforma para execução de Agentes com funções implementadas em hardware, tomando vantagem do uso de hardware reconfigurável. Os Agentes em hardware são implementados utilizando dispositivos FPGA (Field-programmable Gate Array). O trabalho estende trabalhos anteriores semelhantes na área, com o diferencial de adicionar suporte às funcionalidades de reconfiguração parcial do hardware, suportar aplicações que demandam alto desempenho em hardware – como processamento de sinais e imagens – e redução de recursos de hardware necessários para execução da interface em software. A plataforma proposta utiliza o framework JADE (Java Agent Development Framework), que é um dos frameworks mais populares no estado da arte de desenvolvimento de Agentes e compatível com outros frameworks de Agentes através da conformidade aos padrões FIPA (Foundation for Intelligent Physical Agents). Com o uso do JADE, a plataforma possibilita a comunicação entre Agentes com funções implementadas em hardware e Agentes puramente implementados em software dentro de um mesmo SMA (Sistema Multi-Agente). Uma funcionalidade notável do JADE é a possibilidade de migração de Agentes entre plataformas de um mesmo SMA. Através do uso da reconfiguração parcial de hardware em conjunto com o JADE, a plataforma permite a migração de Agentes de software para hardware e vice-versa, além de suportar reconfiguração de múltiplos Agentes em hardware com um único FPGA. A plataforma faz uso de um único chip através do uso de um processador soft core implementado na lógica programável. O uso deste processador é um diferencial neste trabalho, e mostra que é possível utilizar o JADE em sistemas embarcados com recursos de processamento limitados. Ou seja, em um Agente cuja principal função é implementada em hardware, basta um processador bastante simples para atuar como uma interface entre o hardware e o framework de Agentes. O uso do processador dentro do FPGA tem também o benefício de oferecer formas de acesso mais integrado ao hardware, permitindo maior desempenho na transmissão de dados ao hardware. A plataforma foi validada através de estudos de caso de Agentes com implementações em hardware e em software, incluindo um estudo de caso aplicado de processamento de imagem embarcado utilizando VANTs (Veículos Aéreos Não-Tripulados). O estudo também apresenta comparações de desempenho entre a execução dos Agentes em hardware e em outras plataformas embarcadas de prateleira. Os experimentos realizados mostram um ganho significativo de desempenho nas implementações em FPGA, especialmente considerando processamento de imagens de alta resolução, mesmo considerando que o FPGA executa em frequências consideravelmente reduzidas em comparação às outras plataformas testadas. / This work described the design and architecture of a platform for execution of Agents whose functions are implemented in hardware, by leveraging the use of reconfigurable hardware. The hardware Agents are implemented using FPGA (Field-programmable Gate Array) devices. This work extends previous similar work in this field, while adding the features of hardware partial reconfiguration, supporting applications which require high performance in hardware – such as image or signal processing – and reducing the hardware resource for the software interface execution. The proposed platform makes use of the JADE (Java Agent Development Framework) framework, which is one of the most popular frameworks in state-of-the-art Agent development, and is also compatible with other Agent development frameworks due to compliance with FIPA (Foundation for Intelligent Physical Agents) standards. With the use of JADE, the platform enables communication among Agents which are implemented in hardware and Agents purely implemented in software, inside the same MAS (Multi-Agent System). One notable feature of JADE is the possibility of migrating Agents among platforms inside a single MAS. Through the use of hardware partial reconfiguration along with JADE, the platform enables the migration of Agents from software to hardware and viceversa, in addition to supporting múltiple hardware Agents in a single FPGA. The platform makes use of a single chip, by using a MicroBlaze soft core processor implemented in programmable logic. The use of this processor is a distinction on this work, and it shows that it is possible to use JADE on embedded systems with limited processing power. That is, in an Agent whose main function is implemented in hardware, a very simple processor to act as an interface between hardware and the Agent framework is enough. The use of the soft core processor inside the FPGA also has the benefit of offering more integrated ways of accessing hardware, enabling higher performance for transferring data to hardware. The platform was validated through case studies of hardware and software Agent implementation, including a case study applied to image processing using UAVs (Unmanned Aerial Vehicles). The study also shows performance comparisons between the Agent execution in hardware and in other off-the-shelf embedded platforms. The performed experiments report a significative performance increase in the FPGA implementations, particularly in high resolution image processing, even considering that the FPGA runs in considerably lower clock frequency than the other tested platforms.

Sistemas embarcados estão presentes em inúmeras atividades realizadas diariamente, por exemplo, eles são parte integrante dos meios de transporte, encontram-se em sistemas de entretenimento como os tablets e telefones celulares e ainda podem estar dentro das pessoas, como nos usuários de marca-passo. Os sistemas embarcados são desenvolvidos em níveis de complexidade bem distintos, variando de sistemas bem simples até sistemas altamente elaborados e complexos. Essa complexidade pode ser atribuída a diversos fatores, incluindo a necessidade de poder executar múltiplas tarefas em unidades de processamento heterogêneas (baseadas em CPU, GPU, DSP e FPGAs) e atendendo aos requisitos exigidos pelos usuários. Em função do aumento da complexidade e da necessidade de manter o tempo e custo do desenvolvimento de novos sistemas embarcados baixo, uma solução que vem sendo discutida é o uso de metodologias de projetos baseadas em modelos. Estas metodologias usam o modelo como fonte principal de informação. As informações contidas nos modelos variam de acordo com o estágio de desenvolvimento do sistema: nos modelos iniciais são descritivas, simples, incompletas mas permitem realizar simulações que podem ser usadas para guiar o desenvolvimento do próprio sistema. Com o amadurecimento do projeto, mais informações são agregadas aos modelos, tornando-os mais próximos do sistema a ser implementado. Este processo reduz o nível de abstração dos modelos até o ponto que é possível gerar, entre outros artefatos, o código fonte. Neste contexto, sistemas de processamento de imagens embarcados são exemplos de sistemas complexos que fazem processamento de dados de forma intensiva. Estes sistemas são tradicionalmente desenvolvidos em um nível de abstração baixo que tipicamente incluem diagramas blocos e diagrama de estados. Para que seja possível administrar o crescente aumento da complexidade, em um baixo tempo de desenvolvimento, destes sistemas é necessário que sejam criados métodos que permitam desenvolvê-los em um nível mais alto de abstração. Além disso é necessário que existam ferramentas que auxiliem no seu desenvolvimento permitindo, entre outras coisas, aumentar o reúso dos blocos parametrizáveis do sistema e a exploração de espaço de projetos em fases iniciais do projeto para guiar o seu próprio desenvolvimento. Neste trabalho é feita uma proposta de um novo método de desenvolvimento de sistemas embarcados de processamento de imagens baseado na metodologia de engenharia dirigida por modelos. São parte integrantes do método proposto: combinar a modelagem de requisitos funcionais (usando modelagem orientada a objetos) e requisitos não-funcionais (usando modelagem orientada a aspectos); a exploração de espaço de projeto baseada em modelos para resolver o problema de alocação das tarefas nas diferentes unidades de processamento; validação funcional dos modelos; e a geração de código em linguagens de programação. O método proposto chama-se HIPAO, do inglês “Hardware Image Processing system based on model driven engineering and Aspect-Oriented modeling”. O ciclo de desenvolvimento de projeto de sistemas de processamento de imagens embarcado inicia com a coleta dos requisitos técnicos em diagramas de requisitos da linguagem SysML A especificação deste requisitos é feita através de um metamodelo para requisitos técnicos de processamento de imagens que foi desenvolvido em conjunto com o método HIPAO. Estes requisitos são transformados automaticamente em modelos independentes de plataforma (PIM) iniciais. Esta transformação é feita a partir da ferramenta HIPAO desenvolvida em linguagem Java como mecanismo de apoio ao método. Os modelos PIM iniciais evoluem de forma iterativa através da adição de informações feita de forma manual e também de forma automática através da costura ou composição de modelos. O método sugere que modelos de plataforma (PM) sejam desenvolvidos de forma semelhante ao proposto para os modelos PIM, porém sua implementação é considerada trabalho futuro e os modelos PM apresentados neste trabalho são fruto de um desenvolvimento manual. De posse dos modelos PIM e PM o método realiza uma etapa de otimização do modelo através da sua transformação (tipo modelo para texto) para um formato compatível com o framework que realiza a exploração de espaço de projetos dirigida por modelos (MD-DSE). Os modelos específicos de plataforma (PSM) são produzidos com o auxílio de informações obtidas a partir de gráficos tipo Fronteira de Pareto que são produzidos pelo framework MD-DSE que realiza a atividade de alocação das tarefas (modelo PIM) na plataforma (modelo PM) com base em algoritmos heurísticos. O ciclo de desenvolvimento do projeto se encerra com a geração de código, de forma semelhante à maioria dos métodos baseados em engenharia dirigida por modelos, a partir de modelos PSM e alguns exemplos são apresentados. Para o uso e validação do método proposto foram realizados dois estudos de caso. O primeiro é um sistema de processamento de imagens para câmeras científicas de alta resolução e alta velocidade. O segundo estudo de caso propõe o desenvolvimento de um sistema de processamento de imagens a ser integrado a um veículo autônomo não-tripulado. / Embedded systems are present in many daily activities, for example, they are found in entertainment systems such as tablets and cell phones and they could even be inside a person’s body, which is the case of a pace-maker. Embedded systems can have very distinct complexity levels, from very simple to very complex and sophisticated ones. This complexity can be attributed to many different sources, which include the need to execute multiple tasks or deploy them in heterogeneous platforms (i.e. CPU, GPU, DSP and FPGAs) while fulfilling the users requirements. In order to cope with the rising system’s complexity and the need to keep the time to market and cost low, some solutions using methodologies based on model driven engineering are being considered. These methodologies use the model as the primary source of information. The information in the model varies based on the system’s development stage: at the beginning the models are descriptive, simple and incomplete, however they enable to simulate the system at a high level which can be used to drive the system’s development. As the project evolves, more information is added to them and the models looks closer to its final system. This process reduces the models abstraction level to the point that is possible to generate many artifacts from them, such as, source code. In this context, embedded image processing systems are examples of complex systems that perform data intensive processing. These systems are traditionally developed in a low level of abstraction, which typically include block diagrams and state charts. In order to handle the rising system’s complexity, while keeping time to market low, it is necessary to develop new methods that enable these systems development at a high abstraction level. Also, it is necessary the development of new tools to support these methods enabling, among other things, increase in the design reuse of its blocks and the design space exploration at an early stage such that it could guide the systems own development. In this work it is proposed a novel design method for embedded image processing systems based on model driven engineering concepts. This method proposes the following: combine functional requirements (using object oriented modeling) and non-functional requirements (using aspect oriented modeling); perform model based design space exploration in order to tackle task allocation in platforms with multiple processing units; functional model validation; and code generation. The proposed method is called HIPAO, which stands for “Hardware Image Processing system based on model driven engineering and Aspect-Oriented modeling”. The development cycle of embedded image processing systems starts starts with the elucidation of technical requirements using SysML requirements diagram. The specification of the image processing technical requirements is done using a metamodel, which has been developed with the HIPAO method. These requirements are transformed automatically into initial platform independent models (PIM). The transformations are performed by the HIPAO tools developed using Java language. The PIM models evolve by adding new information to it, which can be done manually or in some cases automatically by model weaving or composition. The proposed method suggests that the platform models (PM) should be developed in a similar fashion as the PIM models, but this task is considered a future work therefore all PM models presented in this thesis have been developed manually. Once the PIM and PM models are available the method executes an optimization phase that includes the model transformation (model to text) that produces the information needed by the model driven - design space exploration (MD-DSE). The platform specific models (PSM) are produced based on the information presented as Pareto Fronts that are generated the the MD-DSE framework while performing task (PIM model) allocation on the platform (PM model) using heuristic algorithms. The method development cycle ends with code generation from the PSM models using model to text transformations and some examples are presented. Two case-studies were designed to validate the proposed method. The first one consists of an image processing system for high speed, high resolution scientific image sensors. The second case study consists of an image processing system that is deployed in small Unmanned Autonomous Vehicles.

Sistemas eletrônicos embarcados de satélites sofrem grandes cargas de radiações ionizantes, afetando diretamente o silício, criando alta probabilidade de falhas no sistema, advindos de panes transientes e permanentes nos circuitos integrados. Devido ao ambiente hostil em que operam sistemas embarcados espaciais, soluções de robustez são necessárias para o aumento da tolerância a falhas. Neste cenário, a detecção de falhas ajuda o sistema a tomar atitudes de emergência para que a operação não seja prejudicada por completo, nestes casos, consideradas catastróficas, devido o elevado custo associado ao desenvolvimento e produto. Este trabalho tem a finalidade propor uma técnica para sistemas embarcados de tempo real, que possa ser capaz de detectar falhas no nível de tarefas, especificamente com a utilização do Kernel de Tempo Real para Sistemas Multiprocessadores - RTEMS. A técnica proposta foi baseada no projeto de satélite universitário ITASAT, que propõe na arquitetura de hardware um processador operacional em conjunto com um redundante a frio (cold standby). Esses processadores são supervisionados por um arbitrador, ou seja, um terceiro processador que em caso de falha do processador nominal, deve tomar a decisão de entrar em modo emergencial ou acionar o processador redundante. Sistemas Embarcados de Tempo Real utilizam-se de algoritmos de escalonamento que definem a próxima tarefa a ser executada. Essas tarefas podem possuir deadlines rígidos ou moderados. Falhas em tarefas com períodos rígidos ocasionam a perda do sistema por completo. O kernel de tempo real RTEMS é dotado de uma estrutura de dados que possui os dados mínimos das tarefas, para que possam ser executadas e escalonadas corretamente. Estes dados podem ser externalizados por hardware através de portas de E/S na ocasião do chaveamento de contexto, que ocorre em toda troca de tarefa na CPU (troca de contexto). Propõe-se nesse trabalho a captação desses dados para efetuar análises de detecção de falhas, através do comportamento das tarefas que estão sendo executadas no sistema em tempo real.

O objetivo deste trabalho é proporcionar uma melhoria no algorítmo de determinação de atitude no projeto Pegasus AutoPilot, atualmente em desenvolvimento no Instituto Tecnólogico de Aeronáutica, utilizando agora o Filtro de Kalman em suas formulações direta e indireta. São utilizadas Unidades de Medida Inercial de baixo custo que consiste em sensores integrados em um único bloco, os quais estão presentes sensores que fornecem aceleração, velocidade angular e um sensor não inercial que mede campo magnético. Os algorítmos propostos, utilizando o Filtro de Kalman, são implementados primeiramente no ambiente Matlab para validação do modelo e em seguida é implementado o sistema embarcado de tempo real no microcontrolador Cortex M3, mantendo o hardware já utilizado no projeto Pegasus Autopilot. O sistema de tempo real implementado neste trabalho tem o objetivo de verificar o desempenho do Filtro de Kalman no hardware já utilizado projeto atualmente. Os resultados obtidos no ambiente MATLAB mostram que os métodos utilizando Filtro de Kalman possuem melhor desempenho, porém quando utilizados em um sistema embarcado ocorre degradação do sistema.

The integration between the computing world and the physical world in a single system is called Cyber-Physical Systems (CPS). CPS systems aim to improve understanding and influence in physical phenomena and environmental behaviors by computing means. The interaction of the computing world with the physical world, through the use of sensors, actuators and network communication often leads to the accomplishment of highly complex and multidisciplinary projects. Project management is a practice that enhances the success probability of a project, monitoring and controlling relevant aspects to the project execution. Project Management Body of Knowledge (PMBOK) is a set of best practices regarding project management which addresses ten knowledge areas aiming to support project managers from any application domain. Although PMBOK proposes a generic approach, some specialized practices for a particular application domain may benefit highly challenging projects. In this context, this research work aims to propose a set of best practices specific for CPS systems development projects. The proposed approach is called CPS-PMBOK (junction of terms cyber-physical systems and project management body of knowledge) and is based on PMBOK\'s three knowledge areas: scope, human resource and stakeholder. CPS-PMBOK includes: \\textit a CPS characterization model which supports the understanding of the system to be developed; and \\textit specializations of these three PMBOK\'s knowledge areas, which provide a whole new process for the project scope management as well as specific improvements of well-known techniques for both the human resource management and the stakeholders management. The goal of CPS-PMBOK is to enhance project effectiveness and CPS quality, embracing both project manager and developers. To evaluate CPS-PMBOK effectiveness and adherence, the practices were presented for project managers and developers in a R\\&D company. The practices: pre-elaborated list of requirements, specialized team division and technical trust showed as more relevant for each respective knowledge area, according to managers. For developers, the review requirements process, cross training and technical trust seems to contribute more for its respective knowledge areas / A integração entre o mundo computacional e o mundo físico em um único sistema é chamada de Sistemas Ciberfísicos (CPS - do inglês \"Cyber-Physical Systems\'\'). Sistemas CPS visam melhorar o entendimento e a influência nos fenômenos físicos por meios computacionais. A interação do mundo computacional com o mundo físico, por meio de sensores, atuadores e redes de comunicação, frequentemente leva à realização de projetos de alta complexidade e multidisciplinares. Gestão de projetos é uma prática que aumenta as chances de sucesso de um projeto, monitorando e controlando aspectos relevantes da realização do projeto. PMBOK (Project Management Body of Knowledge) é uma combinação de boas práticas relacionadas à gestão de projetos que trata dez áreas de conhecimento visando auxiliar gerentes de projeto de qualquer área de aplicação. Embora PMBOK proponha uma abordagem genérica, algumas práticas especializadas para determinadas áreas de aplicação particulares podem beneficiar projetos altamente desafiadores. Neste contexto, este projeto de pesquisa visa propor um conjunto de boas práticas para projetos de desenvolvimento de sistemas CPS. Essa abordagem é chamada de CPS-PMBOK (junção dos termos em inglês: cyber-physical systems e project management body of knowledge) e é baseada em três áreas de conhecimento do PMBOK: escopo, recursos humanos e partes interessadas. CPS-PMBOK inclui: (i) um modelo de caracterização de sistemas CPS que auxilia o entendimento do sistema a ser desenvolvido e (ii) especializações dessas três áreas de conhecimento do PMBOK, que fornecem um inteiramente novo processo para a gestão de escopo do projeto assim como melhorias específicas de técnicas conhecidas do PMBOK para os processos de gestão de recursos humanos e de gestão de partes interessadas. O objetivo da CPS-PMBOK é melhorar a eficácia do projeto e a qualidade do sistema CPS desenvolvido, abrangendo tanto o gerente de projeto quanto os desenvolvedores. Para avaliar a efetividade e aderência da CPS-PMBOK, as práticas foram apresentadas para gerentes de projeto e desenvolvedores em uma empresa de P&D. As práticas: listas pré-elaboradas de requisitos, divisão de equipes especializadas e confiança técnica mostraram-se mais relevantes para cada respectiva área do conhecimento, segundo os gerentes. Para os desenvolvedores, o processo de revisar requisitos, treinamento cruzado e confiança técnica pareceram contribuir mais para suas respectivas áreas do conhecimento

A demanda por novas tecnologias, melhoria de segurança e conforto para veículos urbanos cresceu consideravelmente nos últimos anos, motivando a indústria na criação de sistemas destinados ao apoio de motoristas (ADAS - Advanced Driver Assistance Systems). Este fato contribuiu para o desenvolvimento de diversos sistemas embarcados na área automobilística destacando-se, à prevenção de colisão a pedestres por veículos. Através do avanço em diversas pesquisas, começaram a circular pelas ruas veículos com sistemas anticolisão e com navegação autônoma. Contudo, para alcançar objetivos cada vez mais desafiadores, os projetistas precisam de ferramentas que permitam unir tecnologias e conhecimentos de áreas distintas de forma eficiente. Nesse contexto, há uma demanda para a construção de sistemas que aumentem o nível de abstração da modelagem de projetos para o processamento de imagens em sistemas embarcados e assim, possibilitando uma melhor exploração do espaço de projetos. A fim de contribuir para minimizar este problema, este trabalho de pesquisa demonstra o desenvolvimento de um framework para coprojeto de hardware e software específico para a construção de sistemas ADAS que utilizam visão computacional. O Framework visa facilitar o desenvolvimento dessas aplicações permitindo a exploração o espaço de projeto (DSE - Design Space Exploration), e assim contribuindo para um ganho de desempenho no desenvolvimento de sistemas embarcados quando comparados à construção totalmente de um modo manual. Uma das características deste projeto é a possibilidade da simulação da aplicação antes da síntese em um sistema reconfigurável. Os principais desafios deste sistema foram relacionados à construção do sistema de intercomunicação entre os diversos blocos de Propriedade Intelectual (IP) e os componentes de software, abstraindo do usuário final inúmeros detalhes de hardware, tais como gerenciamento de memória, interrupções, cache, tipos de dados (ponto flutuante, ponto fixo, inteiros) e etc, possibilitando um sistema mais amigável ao projetista. / The demand for new technologies, enhanced security and comfort for urban cars has grown considerably in recent years prompting the industry to create systems designed to support drivers (ADAS - Advanced Driver Assistance Systems). This fact contributed to the development of many embedded systems in the automotive area among them, the pedestrians collision avoidance. Through the advancement in various research, began circulating through the streets vehicles with anti-collision systems and autonomous navigation. However, to achieve ever more challenging goals, designers need tools to unite technology and expertise from different areas efficiently. In this context, there is a demand for building systems that increase the level of abstraction of models of image processing for use in embedded systems enabling better design space exploration. To help minimize this problem, this research demonstrates a develop a specific framework for hardware/software codesign to build ADAS systems using computer vision. The framework aims to facilitate the development of applications, allowing better explore the design space, and thus contribute to a performance gain in the development of embedded systems in relation to building entirely in hardware. One of the requirements of the project is the possibility of the simulation of an application before synthesis on a reconfigurable system. The main challenges of this system were related to the construction of the intercommunication system between the various Intellectual Property (IP) blocks and the software components, abstracting from the end user numerous hardware details, such as memory management, interruptions, cache, types (Floating point, fixed point, integers) and so on, enabling a more user-friendly system for the designer.

Arquiteturas de referência são construídas por combinarem as melhores praticas, padrões, plataformas e componentes para a construção e padronização de sistemas de software de um determinado domínio. De fato, diversas arquiteturas de referência podem ser encontradas para o domínio de sistemas embarcados, motivadas principalmente pela importância e complexidade crescentes que esses sistemas de software vêm apresentando. Dentre as atividades para elaboração de uma arquitetura de referência, a descrição apropriada dessa arquitetura é essencial para permitir que ela seja de fato utilizada. Contudo, não há na literatura um consenso sobre qual a melhor maneira de descrever arquiteturas de referência do domínio de sistemas embarcados, os tipos de informação que devem ser capturados ou ainda o conjunto de pontos de vista que pode ser construído. Visando sistematizar e padronizar a representação de arquiteturas de referência de sistemas embarcados, este trabalho propõe o método ProSA-Re. O método baseia-se nos resultados de uma revisão sistemática conduzida sobre o assunto e estabelece um conjunto de atividades e diretrizes para a construção da representação de arquiteturas de referência de sistemas embarcados. O método também esclarece o ciclo de vida de arquiteturas de referência, de modo a auxiliar na manutenção e na evolução das representações construídas com o seu apoio. Para ilustrar o ProSA-Re, uma representação da arquitetura de referência de sistemas multiagentes locais foi elaborada. Em seguida, a realização de uma avaliação com especialistas da área de arquitetura de software e um estudo de caso com usuários dessa representação permitiram a identicação de vantagens e limitações desse método. Espera-se que os resultados alcancados nesta dissertação possam contribuir para o reúso do conhecimento arquitetural e o desenvolvimento mais eficiente de sistemas de software do domínio de sistemas embarcados / Reference architectures combine the best practices, standards, platforms, and components to standardize software systems of a given domain. In this sense, reference architectures can be found for embedded systems, motivated by the increasing importance and complexity that these systems must cope with. In particular, the representation of the reference architecture is an essential activity for it to be used in practice. However, there is no consensus in the literature on what is the best way to describe reference architectures of embedded systems, including what types of information should be captured in those descriptions and also the set of viewpoints that could be adopted. Thus, this work establishes ProSA-Re, a method for systematizing and standardizing the representation of reference architectures of embedded systems. ProSA-Re considers the results of a systematic review on this subject and species a set of viewpoints, concerns, tasks, and guidelines to describe reference architectures of embedded systems. ProSA-Re also supports the reference architectures\' life cycle by clarifying the evolution of architectural descriptions built with it. To illustrate the method, a representation for the reference architecture of situated multiagent systems was built. Then, a case study was conducted to evaluate the resulting representation and specialists were consulted to evaluate the method description. We hope with this method to further improve the reuse of architectural knowledge, thus contributing for the development of software systems in this domain

Sistemas embarcados ganham cada vez mais espaço devido ao aumento da demanda por novas funções em equipamentos, às normas regulatórias e às novas necessidades dos consumidores e do mercado. Esse aumento nos requisitos aumenta o tamanho e a complexidade dos softwares embarcados cuja importância cresce significativamente. Sistemas operacionais de tempo real constituem uma ferramenta poderosa para gerenciar a complexidade, facilitar o reuso e aumentar a portabilidade do software e também reduzir o time-to-market. Este trabalho visa avaliar a aplicabilidade de sistemas operacionais de tempo real em sistemas embarcados de baixo custo que utilizam microprocessadores pequenos (8 e 16 bits), avaliando suas características e propondo as melhores alternativas para desenvolvimento de software embarcado. Para o atendimento desta proposta, foi realizado o levantamento de características sobre o desenvolvimento brasileiro de sistemas embarcados, uma análise das características de sistemas de pequeno porte, uma discussão da viabilidade do uso de RTOS e um estudo de caso comparando arquiteturas de software embarcado. Os resultados principais mostram que arquiteturas simplificadas como a Superloop apresentam vantagem sobre os sistemas operacionais devido ao baixo consumo de memória e processamento. Os sistemas operacionais, apesar de propiciarem desenvolvimentos de códigos modulares bem como facilitar o gerenciamento de tempo, são de difícil implementação em microcontroladores pequenos, devido ao seu elevado consumo de memória e processamento. O uso de sistemas operacionais é viável para sistemas de pequeno porte com no mínimo 4 Kbytes de memória RAM e processos com limite de tempo máximo para execução (deadlines) superiores a 1 ms, condições essas que evitam a sobrecarga do microcontrolador. Neste trabalho também é mostrado um retrato do desenvolvimento de embarcados no Brasil. / Embedded systems, more and more are gaining importance, due to the increase of features requested on equipments, the regulatory standards and the costumers and market requirements. This increment on requirements increases the software size and complexity, which importance significantly grows. Real-time operating systems represents a powerful tool to manage the complexity, help the software reuse and improve portability of the software and also reduce the time-to-market. This work aims to analyze the real-time operating systems, verifying their application on low cost embedded systems using small microcontrollers (8 and 16-bit), evaluating their characteristics and propose the best architectures for software development. To attend this proposal, it was performed a survey of Brazilian embedded system development, evaluates the low cost embedded system characteristics, discusses the viability of RTOS usage and performs a comparative study of embedded software architectures. Results show that simplified architectures like the Superloop presents vantages over the operating systems due to their low memory and processing consumption. The operating system, besides helping on time management and code modularity, is difficult to implement in small microcontrollers, due to the high memory and processing consumption. The operating systems are more applicable to small embedded systems with at minimum 4 Kbytes of RAM memory and process with maximum execution time (deadlines) over 1 ms, conditions that do not causes microcontroller overload. In this work is also presented an overview of Brazilian embedded system development.

Sistemas embarcados ganham cada vez mais espaço devido ao aumento da demanda por novas funções em equipamentos, às normas regulatórias e às novas necessidades dos consumidores e do mercado. Esse aumento nos requisitos aumenta o tamanho e a complexidade dos softwares embarcados cuja importância cresce significativamente. Sistemas operacionais de tempo real constituem uma ferramenta poderosa para gerenciar a complexidade, facilitar o reuso e aumentar a portabilidade do software e também reduzir o time-to-market. Este trabalho visa avaliar a aplicabilidade de sistemas operacionais de tempo real em sistemas embarcados de baixo custo que utilizam microprocessadores pequenos (8 e 16 bits), avaliando suas características e propondo as melhores alternativas para desenvolvimento de software embarcado. Para o atendimento desta proposta, foi realizado o levantamento de características sobre o desenvolvimento brasileiro de sistemas embarcados, uma análise das características de sistemas de pequeno porte, uma discussão da viabilidade do uso de RTOS e um estudo de caso comparando arquiteturas de software embarcado. Os resultados principais mostram que arquiteturas simplificadas como a Superloop apresentam vantagem sobre os sistemas operacionais devido ao baixo consumo de memória e processamento. Os sistemas operacionais, apesar de propiciarem desenvolvimentos de códigos modulares bem como facilitar o gerenciamento de tempo, são de difícil implementação em microcontroladores pequenos, devido ao seu elevado consumo de memória e processamento. O uso de sistemas operacionais é viável para sistemas de pequeno porte com no mínimo 4 Kbytes de memória RAM e processos com limite de tempo máximo para execução (deadlines) superiores a 1 ms, condições essas que evitam a sobrecarga do microcontrolador. Neste trabalho também é mostrado um retrato do desenvolvimento de embarcados no Brasil. / Embedded systems, more and more are gaining importance, due to the increase of features requested on equipments, the regulatory standards and the costumers and market requirements. This increment on requirements increases the software size and complexity, which importance significantly grows. Real-time operating systems represents a powerful tool to manage the complexity, help the software reuse and improve portability of the software and also reduce the time-to-market. This work aims to analyze the real-time operating systems, verifying their application on low cost embedded systems using small microcontrollers (8 and 16-bit), evaluating their characteristics and propose the best architectures for software development. To attend this proposal, it was performed a survey of Brazilian embedded system development, evaluates the low cost embedded system characteristics, discusses the viability of RTOS usage and performs a comparative study of embedded software architectures. Results show that simplified architectures like the Superloop presents vantages over the operating systems due to their low memory and processing consumption. The operating system, besides helping on time management and code modularity, is difficult to implement in small microcontrollers, due to the high memory and processing consumption. The operating systems are more applicable to small embedded systems with at minimum 4 Kbytes of RAM memory and process with maximum execution time (deadlines) over 1 ms, conditions that do not causes microcontroller overload. In this work is also presented an overview of Brazilian embedded system development.